Ernest Rutherford

Te explicamos quién fue Ernest Rutherford y cuáles fueron sus principales aportes a la ciencia que le merecieron el Premio Nobel de Química.

Ernest Rutherford
Rutherford fue un destacado químico y físico británico, considerado el padre de la física nuclear.

¿Quién fue Ernest Rutherford?

Ernest Rutherford, conocido también como Lord Rutherford, fue un destacado físico y químico británico, de origen neozelandés, estudioso de la radiactividad y responsable de demostrar la existencia de un núcleo en la estructura de los átomos. Fue el ganador del Premio Nobel de Química en 1908.

Autor del modelo atómico que lleva su nombre, Rutherford es considerado el padre de la física nuclear, ya que sus descubrimientos sentaron las bases para todos los estudios posteriores en torno a la naturaleza del átomo. Sin sus hallazgos, la fisión del núcleo atómico no habría sido posible, ni tampoco sus aplicaciones (como la energía nuclear o la bomba atómica).

Rutherford fue un activo investigador durante la primera parte de su vida, mientras que la segunda la dedicó a la docencia y a la conducción de los Laboratorios Cavendish de la Universidad de Cambridge. Allí fue maestro de otros físicos importantes, como Niels Bohr (1885-1962) y Otto Hahn (1879-1968). Se le considera uno de los grandes químicos experimentales de la historia, junto a Michael Faraday (1791-1867).

Infancia y años formativos de Ernest Rutherford

Ernest Rutherford nació el 30 de agosto de 1871 en la población de Spring Grove, Nelson, en Nueva Zelanda. Fue el cuarto hijo de los doce que tuvieron el mecánico escocés James Rutherford y su esposa inglesa Martha Thompson, quien era maestra de escuela.

Rutherford se crio en un hogar de pocos recursos y, cuando tenía cinco años, se mudó junto a su familia a una pequeña granja en la población de Foxhill, donde empezó a asistir a la escuela pública local. Luego, a sus once años de edad, se mudó a Havelock, cerca del río Ruapaka, donde su padre consiguió empleo operando un molino.

El joven Ernest demostró pronto sus grandes dotes para el estudio. Era un alumno brillante, especialmente dotado para las matemáticas, lo que en 1887 le valió la beca del estado de Marlborough para estudiar en el Nelson Collegiate School, una institución privada. Allí, además de ser un alumno brillante, ingresó al equipo de rugby y ganó una de las 10 becas nacionales para ingresar a la Universidad de Nueva Zelanda.

En la universidad, Ernest se interesó por primera vez en la ciencia. Ingresó a los clubes científicos y de debate, en los que realizó sus primeros descubrimientos, relacionados con la imantación del hierro a través de altas frecuencias. Sus estudios universitarios culminaron en 1893 y luego obtuvo la única beca disponible en su país para estudiar matemáticas aplicadas.

Gracias a este último financiamiento, Rutherford continuó sus estudios universitarios durante un año más, centrado en los campos de la física y las matemáticas, bajo la tutela del profesor Alexander Bickerton (1842-1929). Allí Rutherford retomó sus experiencias con el hierro para diseñar distintos aparatos de medición y modulación de pulsos y circuitos eléctricos, y publicó sus primeros papers en revistas académicas.

A finales de 1893 era ya un investigador reconocido entre sus pares. El año siguiente estudió geología y química en el Canterbury College y obtuvo en 1895 su título de Bachelor in Science. A los 23 años, tenía ya tres títulos universitarios y, falto de oportunidades para ingresar a la academia neozelandesa, decidió irse al extranjero

En 1895, Ernest aplicó a una beca internacional gracias a la cual le fue concedida una plaza en el Laboratorio de Cavendish, en la Universidad de Cambridge. Allí continuó su formación junto al físico británico Joseph John Thomson  (1856-1940), un estudioso de la radiación electromagnética que, dos años después, revolucionó el mundo científico al descubrir el electrón.

En ese entonces, además, Rutherford conoció a Mary Newton, una estudiante universitaria, con quien se comprometió antes de partir hacia Inglaterra. Se casaron cinco años después y en 1901 tuvieron a su única hija, Eileen.

La vida de Rutherford en Inglaterra y Canadá

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Rutherford realizó en Gran Bretaña los descubrimientos que le valieron el Premio Nobel.

Entre 1895 y 1898, Rutherford trabajó en la Universidad de Cambridge, dedicado al estudio de distintos campos de la física, bajo la tutela de Thomson. Inicialmente, se dedicó a la ionización de gases mediante los recién descubiertos rayos X, e inventó una técnica novedosa para medir la velocidad de recombinación de los iones.

En 1896, sin embargo, su interés cambió hacia los átomos radiactivos y la radiactividad, y descubrió la emisión de dos tipos distintos de energía, que bautizó rayos alfa y rayos beta.

Esto ocurrió cuando Rutherford tenía 27 años y aceptó una oferta para sumarse a la cátedra de física en la Universidad de McGill, en Montreal, Canadá. Allí contó con un laboratorio muy bien equipado y pudo llevar adelante sus propios estudios, centrados en la radiactividad, valiéndose del interés internacional que había suscitado en la materia el descubrimiento, en 1896, de la llamada “radiación uránica” por parte de Henri Becquerel (1852-1908).

Entre 1902 y 1903 los estudios de Rutherford en Montreal arrojaron sus primeros resultados: una teoría sobre la desintegración (“transformación” en ese entonces) de los elementos químicos capaces de generar radiactividad. Para ello colaboró con el británico Frederick Soddy (1877-1956), el americano Bertram Borden Boltwood (1870-1927) y el alemán Otto Hahn (1879-1968).

Rutherford y sus colaboradores demostraron que los átomos radiactivos eran inestables y por ello emitían partículas alfa (alta energía, poco penetrantes) y beta (baja energía, muy penetrantes), de acuerdo a tres patrones distintos que permitían su clasificación en tres familias: la del uranio (U), la del actinio (Ac) y la del torio (Th).

Estos hallazgos, además, le permitieron a Rutherford hacerse importantes preguntas respecto a la naturaleza energética del Sol y de los componentes de la Tierra. Durante los años siguientes se vio catapultado al estrellato científico, especialmente tras la publicación de su libro Radiactividad de 1904. Ese mismo año recibió la Medalla Rumford de la Real Sociedad Científica Británica.

El descubrimiento del núcleo atómico

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En la Universidad de Manchester, Rutherford trabajó estrechamente con Hans Giger.

La fama le abrió nuevos horizontes a Rutherford: en 1907 regresó a Inglaterra, contratado por la Universidad de Manchester, para continuar sus investigaciones junto al físico alemán Hans Geiger (1882-1945), quien estaba dedicado a la producción de un aparato capaz de contar las partículas ionizadas que emiten los materiales radiactivos. Este artefacto, en cuyo diseño Rutherford colaboró, acabó siendo años después el contador Geiger.

Gracias a estos adelantos, en 1908 Rutherford logró demostrar que la radiación alfa consiste en la emisión de lo que en ese momento parecen átomos de helio (He). Este hallazgo, sumado a sus anteriores descubrimientos, le hizo ganar el Premio Nobel de Química ese mismo año.

Sin embargo, su mayor contribución a la ciencia ocurrió en 1911, cuando a raíz de algunas experiencias de investigación llevadas a cabo junto a un estudiante, se formuló por primera vez la idea de que los átomos no consistían en una estructura uniforme, sino que su masa estaba concentrada en un núcleo interno. Así fue como nació el modelo atómico de Rutherford.

Ese mismo año, además, fue invitado al primer Congreso de Solvay que reunió en Bruselas a un conjunto de científicos y estudiosos, para discutir en torno al tema de la radiactividad. Junto a Rutherford asistieron, entre otros, Henri Poincaré (1854-1912), Marie Curie (1867-1934) y su marido Pierre (1859-1906), Max Planck (1858-1947) y Albert Einstein (1879-1955). 

Aunque los hallazgos de Rutherford recibieron poca atención inicialmente, en 1913 el físico danés Niels Bohr, quien había sido estudiante de Rutherford en 1912, demostró al mundo su enorme importancia: la radiactividad, explicó Bohr, reside en el núcleo del átomo, mientras que las propiedades químicas dependen de su capa externa, donde se hallan los electrones.

El modelo atómico de Rutherford

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El modelo atómico de Rutherford revolucionó el entendimiento de la materia de la época.

En la época en que Rutherford formuló su modelo atómico, muchos otros científicos estaban dedicados a comprender mejor la estructura del átomo. La visión imperante en la comunidad científica era que los átomos eran unidades más o menos homogéneas y que sus cargas eléctricas se distribuían en ellos de manera uniforme.

Así, en 1904, el antiguo profesor de Rutherford, J. J. Thomson, había formulado su propio modelo de los átomos. Según este modelo, los átomos consistían en un cuerpo de carga positiva (protón) en cuya superficie se incrustaban los electrones dotados de carga negativa, como pasas en un pudín.

El modelo de Rutherford, en cambio, propuso que los átomos tenían una estructura más bien laxa, con nubes de electrones orbitando un núcleo pequeño de carga positiva y en donde está el 99.99 % de la masa atómica. Rutherford calculó que las órbitas de electrones formaban una estructura compleja en un radio diez mil veces mayor al tamaño del núcleo, lo cual suponía que el átomo, en realidad, estaba en su mayor parte vacío. Esta fue una idea revolucionaria para la física de la época.

El modelo atómico de Rutherford fue clave para una mayor comprensión de la naturaleza de la materia, pero también para la formulación de leyes posteriores, como las fuerzas nucleares débiles y fuertes. Además, aplicado retroactivamente a los hallazgos de Rutherford sobre la radiación, se pudo comprender que la radiación alfa no consiste en átomos de helio, sino en núcleos atómicos de helio.

Este modelo atómico, sin embargo, pronto fue desplazado por el modelo propuesto por Niels Bohr, en el cual se resolvían ciertos problemas de electrodinámica que el modelo de Rutherford no podía explicar. Aun así, se considera que el modelo de Bohr fue una mejoría del modelo de su profesor.

Estos hallazgos sobre la composición de la materia fueron clave para el debate dado en el Segundo Congreso Solvay, celebrado en 1913. Al año siguiente, sin embargo, estalló la Primera Guerra Mundial y los laboratorios científicos se vaciaron. Rutherford se dedicó a la experimentación electromagnética, tratando de diseñar un aparato para detectar submarinos.

La posguerra y el regreso a Cavendish

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Tras la guerra, Rutherford participó en el tercer congreso Solvay de 1921.

El final de la guerra en 1918 devolvió a Rutherford a sus investigaciones. En 1919 logró la primera transmutación atómica artificial, es decir, la primera transformación de un átomo de nitrógeno en uno de oxígeno, a través de bombardearlo con radiación alfa. Este experimento recibió mucha atención mundial y Rutherford fue considerado un alquimista moderno, es decir, un sabio capaz de transformar un elemento en otro.

Ese mismo año, Rutherford sucedió a su antiguo maestro J. J. Thomson en el laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, cuando este último fue nombrado rector del Trinity College. Y, a partir de entonces, Rutherford se convirtió en una referencia obligatoria en el estudio internacional de la física nuclear.

Sus estudios del núcleo atómico pronto condujeron a Rutherford a suponer la existencia de los neutrones y a la posibilidad de construir isótopos del hidrógeno y el helio: ideas que se descubrieron poco después, en el laboratorio bajo su dirección. Bajo la tutela de Rutherford estudiaron en Cavendish los físicos Niels Bohr, James Chadwick (1891-1974) y Robert Oppenheimer (1904-1967), entre otros.

Cuando un tercer congreso Solvay se realizó en 1921, Rutherford estuvo entre las máximas personalidades invitadas del mundo científico. Durante los años posteriores, presidió la Royal Society (1925-1930) y recibió la Medalla Copley en 1922, la Medalla Franklin en 1924 y la Medalla Faraday en 1936, poco antes de su muerte. En 1931, además, recibió un título nobiliario y se convirtió en el Barón Rutherford de Nelson.

Muerte de Ernest Rutherford

Ernest Rutherford falleció en Cambridge, Inglaterra, el 19 de octubre de 1937, tras una corta pero intensa enfermedad. Considerado como uno de los mayores científicos británicos de la historia, fue sepultado en la Abadía de Westminster. Su repentina enfermedad le impidió ver el desarrollo de sus teorías en conocimientos más complejos a cargo de sus estudiantes.

Considerado como el padre de la física nuclear, Rutherford recibió diferentes reconocimientos póstumos: se bautizó con su apellido a un cráter lunar y otro en Marte, así como al asteroide 1249 del cinturón de asteroides del sistema solar. Además, el elemento químico número 104, rutherfordio (Rf), fue nombrado en su honor.

Referencias

  • Badash, L. (2023). Ernest Rutherford. The Encyclopaedia Britannica. https://www.britannica.com/
  • Heilbron, J. L. (2003). Ernest Rutherford and the Explosion of Atoms. Oxford University Press.
  • The Nobel Foundation. (1966). “Ernest Rutherford”. Nobel Lectures. Elsevier Publishing Company.

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¿Cómo citar?

"Ernest Rutherford". Autor: Gilberto Farías. De: Argentina. Para: Enciclopedia Humanidades. Disponible en: https://humanidades.com/ernest-rutherford/. Última edición: 8 febrero, 2024. Consultado: 27 febrero, 2024.

Sobre el autor

Autor: Gilberto Farías

Licenciado en Letras (Universidad Central de Venezuela)

Fecha de actualización: 8 febrero, 2024
Fecha de publicación: 21 diciembre, 2023

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